Учёные из Университетского колледжа Лондона открыли новую форму аморфного льда. Прежде науке были известны аморфные льды высокой и низкой плотности. Исследователям удалось получить лёд средней плотности. Он имеет твёрдую структуру, однако, в отличие от обычного льда, его молекулы не упорядочены в кристаллическую решётку. По мнению учёных, такой лёд может содержаться внутри спутников крупных планет. Кроме того, открытие может изменить научные представления о жидких формах воды.
Учёные из Университетского колледжа Лондона открыли новую форму аморфного льда — средней плотности (MDA — medium-density amorphous ice). По словам авторов работы, этот лёд может располагаться внутри ледяных спутников таких планет Солнечной системы, как Сатурн и Юпитер. Поскольку выяснилось, что MDA выделяет много тепла в процессе перекристаллизации (изменения структуры льда без перехода в жидкую фазу), исследователи предположили, что его наличие в недрах спутников может вызывать тектонические сдвиги в их ледяном покрове. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.
Напомним, аморфный лёд — это вода в состоянии твёрдого аморфного вещества, в котором молекулы не выстраиваются в упорядоченную кристаллическую решётку, в отличие от обычного льда. Науке до сих пор были известны аморфные льды высокой и низкой плотности. Последние практически не встречаются на Земле, но распространены в космосе.
Чтобы получить ранее неизвестную форму аморфного льда, учёные применили принцип шаровой мельницы — энергично встряхивали обычный лёд в ёмкости со стальными шариками при температуре около -200 °C. По словам авторов работы, сильная тряска разрушила кристаллическую структуру льда, превратив его в аморфный лёд.
Плотность полученного льда оказалась близка к плотности жидкой воды. Это и есть главная особенность MDA и его отличие от уже известных аморфных льдов высокой и низкой плотности.
«Нам известно 20 форм кристаллического льда, но прежде были обнаружены только два основных типа аморфного льда — аморфный лёд высокой и низкой плотности. Между ними существует огромный разрыв в плотности, и принято считать, что в пределах этого разрыва (отдельных форм. — RT) льда не существует. Наше исследование показывает, что плотность аморфного льда средней плотности находится именно в этом промежутке, и этот вывод может иметь далекоидущие последствия для нашего понимания жидкой воды и её многочисленных аномалий», — отметил старший автор исследования, профессор факультета химии в Университетском колледже Лондона Кристоф Зальцманн.
По мнению учёных, их работа позволит по-новому взглянуть на модели жидкой воды. Дело в том, что наличие только двух форм аморфного льда — высокой и низкой плотности — ранее стало основанием для гипотезы, согласно которой и жидкая вода тоже может существовать в виде двух жидкостей разной плотности, которые не смешиваются друг с другом. Однако открытие аморфного льда промежуточной плотности ставит эту версию под сомнение, считают авторы работы.
Как пояснил Кристоф Зальцманн, существующие модели воды необходимо перепроверить: они должны позволять объяснить существование аморфного льда средней плотности.
«Мы показали, что можно создать то, что выглядит как «вода на стоп-кадре». Это неожиданное и довольно удивительное открытие», — заявил второй автор работы, профессор факультета химии в Университетском колледже Лондона Андреа Селла.
